《理工电化学教案》PPT课件.ppt

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1、锌-石墨简易电池第六章8/5/202111电化学的定义电化学是研究电现象和化学现象之间的关系及电能和化学能相互转化规律的一门科学。电能和化学能相互转化是通过电池(包括原电池和电解池)的工作实现的。因此电化学要具体研究电池工作过程中的热力学和动力学。比如，离子运动速率、电池电动势与热力学函数的关系、电池电动势与离子活度的关系、通过电池的电量与发生电解的物质的量之间的关系等。2本章内容:一.电解质溶液1－6节(导电的机理和离子的性质等）二.原电池7－12节（电动势的产生和计算、能量转化等）三.极化作用13－15节（主要为电解池内容，极化作用下的分

2、解电压、电极电势、金属离子的析出顺序等）引言8/5/202126-1电池的组成、两类电池及其工作过程（电解池、原电池和法拉第定律）1.组成电池(包括原电池和电解池)的基本要素①一对电极②电解质溶液（含电活性物质）③外电路④必要时要有隔膜或盐桥（如双液原电池）外电源电解池示意图负载原电池示意图电解质溶液电解质溶液一.电解质溶液(1－6节)8/5/202132.电解池和原电池电池根据其能量转化的方向而被分为电解池和原电池。利用在电解质溶液中的电极反应以产生电能的装置称为原电池或自发电池1）.原电池原电池示意图1阳(－)2阴(+)Ie负载

3、氧化反应还原反应Ie电极1阳极:发生氧化反应的电极;负极:电势低的电极;阴极:发生还原反应的电极.正极:电势高的电极.电极2当外加电源时，原电池转变为电解池(如原电池充电)。8/5/20214阴极:发生还原反应的电极.负极:电势低的电极.电极2利用电能(外加电源)以发生化学反应的装置称为电解池.电极1阳极:发生氧化反应的电极;正极:电势高的电极;2）.电解池电解池示意图1阳(+)2阴(－)+－I外电源e氧化反应还原反应I8/5/202153.电池的工作过程电池的工作过程是如何完成的？或者说电池是如何形成闭合回路的？1）电池的两电极之间存在电

4、势差对于原电池而言，由于两个电极的电极电势不相同，因此在两电极之间存在电势差。对于电解池而言，由于两个电极分别连接外电源的正负极，因此两电极之间也存在电势差。两电极之间存在电势差，必然驱使导体中的电荷作定向运动，这是电池形成闭合回路的必要条件。也就是说，电极之间存在电势差为电池形成闭合回路创造了必要条件。要使电池形成闭合回路，仅有必要条件是不够的。电荷必须通过适当的载体传导。8/5/202162）两类导体的导电从电池的组成可以看出，电池中的导体有两类：电子导体(金属等):在外加电压的作用下，通过自由电子的定向运动而导电的导体。离子导体(电解质

5、溶液等):通过离子的定向运动而导电的导体。分类材质导电粒子通电后的变化随温度的变化电子导体金属、石墨电子除发热外无变化T↗，电阻↗;导电能力下降离子导体电解质溶液离子体系组成发生变化T↗，电阻↘；导电能力增强离子导体与电子导体的比较8/5/20217电极反应分为：阳极反应:氧化反应如2Cl－(0.1)－2e－→Cl2(p1)阴极反应:还原反应如2H+(0.1)+2e－→H2(p2)而电池反应是两个电极反应的总和：2Cl－(0.1)+2H+(0.1)→Cl2(p1)+H2(p2)3）电极反应电极反应:电极(表面）上进行的得失电子的反应电极反应是

6、一种特殊的氧化还原反应，与通常的氧化还原反应不同的是前者是一种通过电极而进行的间接电子传递反应，后者是氧化剂和还原剂之间进行的直接电子传递反应电极反应和电池反应的书写规则:必须满足物质的量及电量平衡,同时,离子或电解质溶液应标明活度(或浓度),气体应标明压力,纯液体或纯固体应标明相态.8/5/20218结论：由于两电极存在电势差，电解质溶液中的离子在电场中作定向运动，离子在阴阳极上通过电极反应实现电子的传递，金属导线等外电路传输电子构成了电荷传递的闭合回路。eI电源以下列电解池为例分析电池闭合回路的形成过程:思考，原电池闭合回路如何形成？阳极

7、8/5/202194.法拉第定律3）定律：法拉第发现:对各种电解质溶液,每通过96485.309C(1法拉第)的电量,在任一电极上会发生得失1mol电子的反应,而任一电极所反应的物质的量与得失1mol电子相对应.这就是法拉第定律.MichoelFaraday(1791-1867),化学史上最有影响的人之一,很多术语如阴离子,阳离子,电极和电解质等都源于他.1）解决的问题：法拉第定律解决了电池反应过程中,通过电池(原电池或电解池)的电量与发生电极反应物质的物质的量之间的定量关系.2）精确度：法拉第定律是自然科学中最准确的定律之一,不受温度,压力

8、,电解质浓度,电极材料和溶剂性质等因素的影响.8/5/2021104）法拉第定律的数学表达式:根据法拉第定律，当电极上发生1mol电子的反应时，溶液中通过96485